尚志萬發(fā)水庫大壩安全分析

秦立雁，趙冀斌

(1.黑龍江省農墾總局牡丹江分局云山水庫管理站，黑龍江牡丹江157000; 2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

隨著我國人口的快速增長，耕地資源也達到了“18億紅線”邊緣，水資源高效利用已成為經濟社會糧食安全的關鍵因素，但目前我國8萬余座水庫中存在著近40%的病險水庫，維修加固后僅全國大中型水庫可恢復的興利庫容就相當于7個大(1)型水庫的總量。存在著隱患，不能正常發(fā)揮效益的水庫已迫切需要完成安全鑒定和維修加固工作，強化水利工程的安全運行管理，促進水資源的可持續(xù)利用和經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。本文根據現場安全檢查結果及相關資料對糧食大省——黑龍江的尚志萬發(fā)水庫大壩進行安全分析評價，為除險加固工作提供重要依據，對黑龍江省“千億斤糧食工程”也有著積極的作用。

本文選取了在黑龍江省具有代表性的病險土壩萬發(fā)水庫黏土均質壩作為研究對象，重點針對該工程中問題嚴重的工程質量，防洪標準，以及滲流安全和運行管理幾個方面進行安全評價和分析，提出維修和加固的建議。對于黑龍江大量的其它病險土壩安全評價與除險加固，本文具有借鑒價值。

1 工程概述

黑龍江省尚志萬發(fā)水庫位于尚志市長壽鄉(xiāng)萬發(fā)村，螞蟻河左岸一級支流上，行政上隸屬于尚志市直接管轄。壩址以上控制流域面積20.9 km2，灌溉萬發(fā)、河北兩個村屯320 hm2畝耕地。水庫總庫容291萬m3，是一座以灌溉為主，兼顧防洪，養(yǎng)魚等綜合利用的小(1)型水庫。該水庫始建于1958年，由于歷史原因，屬于“三邊工程”，規(guī)模較小，簡化設計，施工質量差，配套工程也不完善。水庫樞紐由土壩、溢洪道、輸水洞組成。其中土壩為均質壩，壩長510 m，壩頂高程102.0 m，壩頂寬度4.0 m。溢洪道為側槽開敞式溢洪道，于1975年修建。輸水洞為鋼筋混凝土箱型涵洞。由于水庫遭受兩次水毀，原溢洪道、輸水洞已經嚴重損壞，土壩在1994年7月13日的大洪水中決口，經長壽鄉(xiāng)村民修復成現在規(guī)模。由于長期老化失修，工程隱患頗多，一直以來低水位運行，造成防洪安搶險任務繁重，大片水田無水灌溉。

2 土壩建筑質量評估

2.1 壩體質量評價

大壩為黏土均質壩，土壩全長約510 m，壩頂實測高程101.93～103.36 m，上下游壩破較陡，不利于壩坡穩(wěn)定。迎水坡坡比為1∶1.66～1∶3.73，個別部位出現塌陷或者下沉現象，坡面不規(guī)整;背水坡坡比為1∶1.54～1∶1.60，有兩處逸出點，每處長約30 m。壩體土的物理力學性質見表1，其組成為低液限黏土，進行了13組驗數據分析。

表1 萬發(fā)水庫壩體土工試驗成果統(tǒng)計表

2.2 壩基表層巖性及穩(wěn)定性

壩基所所處為螞蟻河小支流上，河流靠左岸發(fā)育，壩基為雙層結構地基，上部為低液限黏土，其垂直滲透系數為1.95×10－5cm/s，為微弱透水，分布連續(xù)，厚度 1.80～3.60 m。壓縮系數(αV1～3)平均值為0.31 MP－1，壓縮模量(Es)平均值為6.32 MP－1，屬中等壓縮土，凝聚力(C)平均值為25.0 KPa;內摩擦角平均值為22.3°。下部為級配不良粗砂，為中等至強透水層，松散狀，主要成分為長石、石英，揭露最大厚度4.30 m，未被揭穿。整體看壩基穩(wěn)定性較好。

2.3 土壩質量評價

分析土工試驗中數據并結合實地考查可知壩體基本為低液限黏土構成，土料不均勻，含碎石、砂、植物根系等。密實度和強度不高，個別地段土體空隙稍大，含水率偏高，黏性普遍較強。壩體斷面尺寸不足，壩體浸潤線位置高，且無護坡措施，無壩體排水措施，壩體滲流穩(wěn)定上存在隱患，抗沖刷能力差。壩基未見軟弱夾層，分布連續(xù)，不存在滑動穩(wěn)定方面問題。

3 防洪標準復核

3.1 設計洪水

螞蟻河的主汛期在每年的6～9月份，由于流域面積較小，匯流迅速，洪峰一般呈單峰形，持續(xù)時間在1～3 d。本文采用徑流途徑以及暴雨產匯流法推求水庫的設計洪水，成果見表2。

表2 萬發(fā)水庫設計洪水成果對比表

由表2中數據可知，本次用徑流途徑法推求的設計洪水成果數值較大，考慮1994年發(fā)生決口的特大洪水的數據后高于原水庫洪水設計成果，出于安全考慮本次洪水設計成果應在除險加固設計中推薦選用。

3.2 調洪計算

萬發(fā)水庫采用的是興利調度，側槽開敞式溢洪道堰頂高程即正常蓄水位99.60 m。水庫特性曲線仍采用水庫原設計成果，根據本次計算的設計洪水成果進行調節(jié)計算，結果見表3。本次設計洪水位比原設計高出0.11 m，校核洪水位比原設計低0.13 m。

表3 萬發(fā)水庫調洪成果表

3.3 防洪標準復核

萬發(fā)水庫壩頂高程為101.93～103.36 m，本次計算壩頂高程為102.75 m，目前工程現狀防洪能力不足防御10 a一遇洪水，防洪安全性為C級。

4 滲流安全評價

應用水力學法進行多種不利工況滲流計算。見表4。

表4 滲流安全評價表

從計算結果可以看出大壩所有工況均不滿足抗沖刷破壞條件，且從現場檢查情況來看，大壩沒有防滲排水工程設施，迎水坡曾經出現塌陷、下沉等滲透破壞現象，壩體滲流性態(tài)不安全，定為C級。

5 結論及建議

尚志市萬發(fā)水庫壩體施工質量差，土料不均勻，存在隱患，壩體強度和尺寸均不滿足滲流穩(wěn)定和抗沖刷破壞要求，缺少壩坡防護措施和壩體排水設備，壩基穩(wěn)定性較好。由于建成40多年來的特大洪水數據影響和工程運行管理的不當，該水庫的防洪標準已不符合現行規(guī)范要求，一直以來水庫低水位運行，不能發(fā)揮應有的效益。根據SL258－2000水庫大壩安全評價導則及相關規(guī)范對大壩安全進行綜合評價，確定為Ⅲ類壩。

目前應盡快開始大壩的維修加固工作和建立安全運行管理制度。首先應按新規(guī)范防洪標準加高培厚大壩并維修加固溢洪道加強泄洪能力以提高水庫防洪標準，護坡建議采用經濟性和抗凍性好的干砌石護坡;應增加壩體排水減壓設施;安裝安全檢測設備并建立安全運行管理制度，確保大壩安全運行。

［1］ 長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設計研究院，水利部大壩安全管理中心.水利水電工程安全評價與加固［M］.武漢:長江出版社，2004.

［2］ 鈕新強，等.水庫大壩安全評價［M］.北京:中國水利水電出版社，2007.